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Dienstag, 26.07.2016
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Urzeit-Regentropfen belegen Wachstum der Rocky Mountains

Isotopenanalyse widerlegt bisherige Annahmen zur Entstehung der nordamerikanischen Gebirge

Die gewaltige Gebirgskette der Rocky Mountains und ihrer Ausläufer ist nicht das Relikt einer urzeitlichen Hochebene, wie bisher angenommen. Stattdessen erzeugte eine wellenartige Hebung vor rund 50 Millionen Jahren das Hochgebirge. Das hat ein deutsch-amerikanisches Forscherteam jetzt mit Hilfe von Spuren prähistorischen Regenwassers festgestellt. Sie belegen, dass das Gebirge einst hoch genug war, um das Klima der Region drastisch zu verändern. Die in der jetzt in „Geology“ veröffentlichten Studie eingesetzte Methode kann auch zu einer verbesserten Einschätzung zukünftiger Niederschlagsveränderungen beitragen.
Wasser in den Bergen Nordamerikas - Ressource und wichtiges Indiz zugleich

Wasser in den Bergen Nordamerikas - Ressource und wichtiges Indiz zugleich

Regen ist eines der elementarsten Naturereignisse. Was kaum einer weiß: noch heute finden sich Spuren urzeitlichen Regenwassers im Gestein oder in Ablagerungen auf dem Grund von Seen. Und das, obwohl dieser Regen bereits vor Jahrmillionen vom Himmel gefallen ist. Wissenschaftler der Stanford University und des Biodiversität und Klima Forschungszentrums (BiK-F) in Frankfurt am Main, haben über 4.000 Proben aus dem Boden und Seesedimenten aus dem Westen Nordamerikas untersucht, die 28 bis 65 Millionen Jahre alt sind. Die chemische Analyse der Spuren die das damalige Regenwasser in den Gesteinen hinterlassen hat, verrät, in welcher Höhe der Regen einst vom Himmel fiel.

„Schwerer“ Sauerstoff im Wasser enthüllt Höhenprofil


Die Forscher machten sich dabei eine besondere Eigenschaft des im Wasser enthaltenen Sauerstoffs zunutze. Dieser kann pro Molekül eine unterschiedliche Anzahl an Neutronen, beispielsweise 16 oder 18 beinhalten. Wasser, das Sauerstoffatome in der Form 18O enthält, ist schwerer und regnet bereits in niedrigen Höhen ab. Dies gilt auch, wenn Wolken auf Gebirge treffen und daran aufsteigen. Daher enthält Regen, der am Fuß der Berge fällt, einen größeren Anteil des „schweren Sauerstoffs“ als in großen Höhen.

Bestimmt man das Verhältnis von „schwerem“ oder zu „leichtem“ Sauerstoff im Regenwasser, enthält man daher wichtige Informationen darüber, wo und wie viel Niederschlag im Laufe der Erdgeschichte gefallen ist. Wenn diese geochemischen Spuren des Regenwassers aus verschiedenen Jahrmillionen aber vom gleichen Ort miteinander verglichen werden, lässt sich feststellen, wie viel sich unsere Erde in diesem Zeitraum gehoben hat.


Dieses Gebirge entstand nciht aus einer Hochebene

Dieses Gebirge entstand nciht aus einer Hochebene

Bisherige Theorie der Gebirgsentstehung muss neu bewertet werden


Bisher ging man davon aus, dass die quer über den Westen des nordamerikanischen Kontinents ziehende Gebirgskette mit ihren bis zu 6.000 Meter hohen Gipfeln der Rest einer in sich zusammengefallenen Hochebene ist. Die Rekonstruktion der Entwicklung des Höhenprofils mittels Spuren prähistorischen Regenwassers zeichnet nun aber ein ganz anderes Bild. Ergebnis: vor 50 Millionen Jahren begann sich der Westen Nordamerikas aufzutürmen. Wie eine gewaltige, jedoch sehr langsame Welle setzte sich die Hebung des Westens der USA in den folgenden 22 Millionen Jahren von West-Kanada bis hinunter nach Mexiko fort.

„Aufgrund der aus den Niederschlagsmustern erkennbaren Höhenprofilen kann man schließen, dass die heutigen Rocky Mountains im mittleren Teil der Gebirgskette etwa vor 40 Millionen Jahren so hoch waren, dass sie entscheidend zur Klima- und Niederschlagsveränderung der USA beigetragen haben.“ berichtet der Geologe Andreas Mulch, Professor am BiK-F und an der Goethe-Universität Frankfurt am Main. Die Hebung wurde ausgelöst, weil sich ozeanische Gesteine des heutigen Pazifiks damals unter die nordamerikanische Kontinentalplatte schob und sich dabei in der Tiefe verformte. Als Material aus dem tieferen Erdmantel in Bereiche zwischen den Platten eindrang, führten die Hitze und der Auftrieb des Materials zu einer Hebung der darüber liegenden Erdoberfläche.

Wetter-„Nachhersage“ hilft Klimawandel zu verstehen


Die Rekonstruktion der Regenfälle ist aber nicht nur für Geologen relevant, sondern auch für die Gesellschaft, wie Mulch weiter erklärt. „Um angemessen auf die Auswirkungen des Klimawandels reagieren zu können, ist es wichtig, sich mit dem Klima der Vergangenheit, bei dem Regen eine maßgebliche Rolle spielt, zu beschäftigen. Die Erde ist ein riesiges klimatisches Archiv, aus dem wir mittels der Isotopenbestimmung nun Niederschlagsmuster für ganze Regionen rekonstruieren können.“

Dies ist zum Beispiel für den Südwesten der USA wichtig, der im Gebiet der Studie liegt. Klimaforscher sind sich einig, dass hier in Zukunft weniger Regen fallen wird und Großstädte wie Las Vegas und Los Angeles noch mehr als bisher mit Trockenheit zu kämpfen haben. Aber auch darüber hinaus hat die Methode der Isotopenbestimmung von konserviertem Regenwasser Potential. Beispiel Biodiversität: hier könnten der Blick in die Erdgeschichte und deren Niederschlagsmuster als Grundlage für neue Forschung zur damaligen Ausbreitung von Tieren und Pflanzen sowie deren Veränderung dienen. (Geology, 2011; DOI:10.1130/G31450.1)
(Biodiversität und Klima Forschungszentrum, 12.01.2011 - NPO)